放屁的聲音可以控制嗎?屁的聲響從何而來?——《一顆屁的科學》

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編按:本書作者專攻(?)肛道聲學(研究產自屁股、引發聲響的力學波)與括約肌專屬之流體力學,研究穿越肛門的氣體與液體移動。接下來有不少關於肛門與括約肌的討論,請做好心理準備。作者表示:「就一個沒念過醫學院的人而言,我研究過的肛門圖表應該是世界上最多的。」

聲音來自能製造許多壓力波的振動。人類只能聽見每秒發生一定次數的波動(頻率),範圍特別是介於每秒二十次的重低音(20Hz)和每秒兩萬次的極高音(20KHz),因此,一顆屁要被聽見,必定來自振動頻率在此範圍的某種東西。這東西就是你的肛門,說得更明確點是你的直腸外開口,由肛門內括約肌與肛門外括約肌這兩組環形肌肉牢牢控制著。氣體在直腸這處氣體與糞便儲存槽裡累積時,壓力隨之累積,你會感覺到屁意或便意,因為有一組輕巧細微的機械式受器會傳訊息到大腦,說:「留意後頭,朋友,大條的要來了。」

這些知覺很靈敏,因此你通常可以分辨是屁還是大便。當你決定放鬆肛門外括約肌時(肛門內括約肌是你無法控制的,只有外括約肌在你掌控中),受擠壓的氣體就能衝開一個小漏洞,穿過肛門。

但,為什麼屁氣釋放時肛門會振動,發出那要命的呸呸氣音呢?好,這是因為壓力與摩擦力的緣故。情況是這樣,括約肌打開一點縫隙讓屁出來,但就在氣體移動時,氣體也在屁流過的同時將肛門括約肌吸回來,部分是因為流速快使壓力降低,部分是因為氣流沿著括約肌周圍繞出,還有部分原因是有洞開啟,直腸裡的壓力稍微下降。因此洞會短暫關閉,但幾乎在關閉的同時,壓力又多一些,再度把洞推開,降低壓力後又關上,如此反覆形成快速打開又關上的動作。當這打開又關上的重複動作每秒發生至少二十次,恭喜中獎,你製造了在聽覺範圍內的長串壓力波,獲得一顆屁了!從這裡開始就會談到流體力學。很神奇,對吧?

當你的肛門排氣時打開/關上的頻率達到 20 Hz,你就獲得一顆屁啦!圖/時報出版提供

所以,直腸內高壓與屁從肛門衝出瞬間所創造的低壓進行對抗,打造出響屁。

在屁流出時縮緊或鬆開括約肌也能讓你改變屁的響聲──將屁眼擠得愈緊,音調就愈高,因為這樣會增加直腸裡的氣體壓力──而括約肌愈緊,孔洞愈小,振動就愈快。

看來有點兩難是吧?將括約肌鬆得太開有可能會洩出一點便便(一般稱為水屁),而更糟的是完全不放屁。括約肌真是不聽話。

藉由控制括約肌,你可以創造娛樂效果,也能維繫自己與心儀對象的關係。比方說,如果天還沒亮你就驚醒了,感覺有股大砲即將引爆,可是又不想吵醒枕邊人,請先為空氣撇條做好準備,在氣體即將出來時,就把兩瓣屁股盡量掰開,這樣括約肌篤定張開著,無法振動產生那熟悉的刺耳聲,你的直腸氣逸出只會帶著潛力被浪費掉的一絲咻咻嘆息,你的床伴依舊無知是福的安然熟睡(當然啦,還得看看它荼毒嗅覺的程度)。後續氣流當然也要小心,但多數練過的放屁人都有辦法好好收尾的。同樣的情況,如果已經早上七點,太陽晒到你伴侶的屁股上了,請將自己屁股與括約肌收起,像琴弓一樣繃緊,再用全力一洩而出,早安!

放屁的白努利定律/寬德效應

丹尼爾.白努利(Daniel Bernoulli,1700-82)是瑞士物理學家兼數學家,出生於苛薄善妒又工於心計的科學世家。他在力學研究中的數學應用這方面特別有天分,以白努利定律聞名後世,該定律描述流體力學中的能量保留現象。聽起來很無聊,實際應用卻很有趣,這是汽車汽化器運作的基本原理,可能也解釋了屁在不同情況下會以不同壓力與速度行進的現象。

白努利定律是這樣的:在運動的流體中,流動速度高的點承受壓力比較小。

氣體流入,減少流體壓力而增加動能,由圖中兩管水銀的高度差可以看出氣壓差異。圖/Wikimedia Commons

據稱能表現這個運動現象的典型科學演示就是讓乒乓球在吹風機的氣流中漂浮,或者我個人偏愛的做法是,用吹葉機讓沙灘球飄起來。有不少物理學家爭論這現象究竟與白努利原理相關,還是寬德效應所致,不過利用紋影光學(Sschlieren optics)這種漂亮的視覺呈現技巧來分析球體周圍的氣流,可以清楚顯現球離開中央氣流,移向一旁,和噴射器中間較快的氣流相比,外側氣流速度較慢,球正被吸-與推-回到中間。白努利原理適用於封閉系統,但是
在這個例子也行得通。

屁也一樣,當它衝出括約肌時會產生低壓,將括約肌吸回關閉位置,括約肌之前打開放出屁時,壓力暫時減弱也有關係。

羅馬尼亞工程師寬德(Henri Coandǎ,1886-1972)當兵表現糟透了,幹工程師的工作則特別優異,自稱他製造的寬德 1910 是史上第一架噴射機(不過他同事及當時的人都不相信那是史上第一架)。他在空氣動力學下了功夫,發現噴射的流體傾向於貼緊在浮凸表面上,形成低壓區域,這個結論被稱為寬德效應,這是另一個,或許講得更好的一個,能用來說明為何海灘球會漂浮在氣流中央的基本原理。如果球飄離主要噴射氣流,外側氣流速度較慢,擾流也多(壓力較高),而在氣流中央的球體凸面上的空氣流速比較快(壓力較低),這樣一來,球會被吸(與推)回中央。挺複雜的,但相同的壓力變化也可能在你的括約肌邊緣上演。

如何建造由吹葉機驅動的超大響屁?

圖/時報出版提供

小事一樁。首先你需要巨大括約肌。

  1. 從水槽下拿出橡膠手套,或者去買直徑一公尺的氣球(用這個特別適合)。如果是用手套,切掉手指與拇指部分,只留下手腕處的橡膠袖套。若是用氣球,就將氣球橫向切半(也就是不要縱切,不要切到吹口部分)。
  2. 拿到吹葉機後要小心,這玩意兒可以變得很危險。絕對、一定、萬萬不可朝著自己的臉。
    只要有一丁點砂石被吸進去,就可能毀掉你的眼睛。切記別這麼做。
  3. 把手套或氣球最細的一端拉開、套上吹葉機,用強力膠帶封好固定住。
  4. 戴上耳塞,或者戴著耳機,然後請朋友拿著吹葉機,自己以雙手抓好手套或氣球鬆開的那一端,將它拉住、張開以做好準備,站在它的某一側,別讓吹口對著你。
  5. 現在大聲叫你朋友啟動吹葉機,當空氣通過吹葉機暴衝而出,可拉著、鬆開這括約肌來調整聲音,從劈里啪啦響亮高音到恐怖片級女妖鬼叫,各種屁聲都行。
  6. 痛快地玩吧。

* 給某些物理達人讀者。流體力學有個關鍵原理稱為白努利定律:流體速度增加時,壓力會降低。但是,任何能力還不差的工程師都知道,這只適用於流線(流體在力場中的流動線條)當中。麻煩的是,一旦你的屁通過肛門內括約肌,到達肛門外括約肌並逸出成為開放狀態,要確定流線實際上的位置就變得複雜了。

本文摘自《一顆屁的科學》,2019 年 7 月,時報出版

 

 

 

 

 


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